KR20220068750A - Copolymer, method of producing the same and rubber composition comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 공중합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 고무 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무기 충전제와의 친화성이 향상되고 충전제 사이의 응집을 저해할 수 있는 신규한 구조로 변성된 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 고무 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a copolymer, a method for producing the same, and a rubber composition comprising the same, and more particularly, to a modified conjugated diene modified with a novel structure capable of improving affinity with inorganic fillers and inhibiting aggregation between fillers It relates to a system and aromatic vinyl-based copolymer, a method for preparing the same, and a rubber composition comprising the same.
최근 자동차에 대한 저연비화의 요구에 따라, 타이어용 고무 재료로서 구름 저항이 적고, 내마모성, 인장 특성 등이 우수하며, 웨트 스키드 저항으로 대표되는 조정 안정성도 겸비한 공액디엔계 중합체가 요구되고 있다.In response to the recent demand for low fuel consumption for automobiles, as a rubber material for tires, a conjugated diene-based polymer having low rolling resistance, excellent abrasion resistance, tensile properties, etc., and adjustment stability typified by wet skid resistance is required.
타이어 트레드의 보강성 충전제로서 카본블랙 및 실리카 등이 사용되고 있는데, 보강성 충전제로서 실리카를 이용하는 경우 낮은 이력(hysteresis) 및 웨트 스키드 저항성이 향상된다는 장점이 있다. 그러나, 소수성 표면의 카본블랙 대비 친수성 표면의 실리카는 고무와의 친화성이 낮아 분산성이 나쁘다는 결점을 가지고 있어서, 분산성을 개선시키거나 실리카-고무 간의 결합 부여를 행하기 위해 별도의 실란 커플링제를 사용할 필요가 있다. 이에, 고무 분자 말단부에 실리카와의 친화성 혹은 반응성을 갖는 관능기를 도입하는 방안이 이루어지고 있으나, 그 효과가 충분하지 않은 실정이다. 또한 변성 스티렌-부타디엔 공중합 시 제조 효율이 낮아 변성의 효과가 미비한 경우가 발생하기도 한다.Carbon black and silica are used as reinforcing fillers for tire treads. When silica is used as reinforcing fillers, low hysteresis and wet skid resistance are improved. However, compared to carbon black on the hydrophobic surface, silica on the hydrophilic surface has a disadvantage of poor dispersibility due to low affinity with rubber. It is necessary to use a ring agent. Accordingly, a method has been made to introduce a functional group having affinity or reactivity with silica at the end of the rubber molecule, but the effect is not sufficient. In addition, in the case of the modified styrene-butadiene copolymerization, the production efficiency is low, and the effect of the modification may be insufficient.
예를 들어, 한국공개특허 제10-2016-0071337호는 특정 아미노 실란계 변성제로 말단 변성된 스티렌-부타디엔 공중합체를 개시하고 있으며, 이 화합물은 말단 변성을 통해 연비 특성과 접지력이 개선되는 효과를 나타내었지만, 변성제 제조방법이 매우 까다롭다는 점에서 한계점이 있다. For example, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2016-0071337 discloses a styrene-butadiene copolymer terminally modified with a specific aminosilane-based modifier, and this compound has the effect of improving fuel efficiency and traction through terminal modification. However, there is a limitation in that the method for preparing the denaturant is very difficult.
따라서, 무기 충전제에 대한 친화성뿐만 아니라 충전제 사이의 응집을 방지하여 우수한 분산성을 획득할 수 있는 공중합체에 대한 요구가 존재한다. Accordingly, there is a need for a copolymer capable of obtaining excellent dispersibility by preventing agglomeration between fillers as well as affinity for inorganic fillers.
본 발명의 한 측면은 무기 충전제와의 친화성이 향상되고 나아가 무기 충전제 사이의 응집을 예방할 수 있는 구조로 변성된 공중합체를 제공하는 것이다. One aspect of the present invention is to provide a copolymer modified with a structure capable of improving affinity with inorganic fillers and further preventing aggregation between inorganic fillers.
본 발명의 다른 측면은 상기 본 발명의 변성 공중합체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a method for preparing the modified copolymer of the present invention.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 본 발명의 변성 공중합체를 포함하는 고무 조성물을 제공하는 것이다.Another aspect of the present invention is to provide a rubber composition comprising the modified copolymer of the present invention.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 본 발명의 고무 조성물로 제조되어 물성이 향상된 타이어를 제공하는 것이다. Another aspect of the present invention is to provide a tire manufactured from the rubber composition of the present invention with improved physical properties.
본 발명의 일 견지에 의하면, 공액 디엔계 단량체 유래 반복 단위; 및 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위를 포함하는 공중합체이며, 상기 공중합체의 복수의 말단 중 적어도 일 말단이 하기 화학식 1로 표시되는 관능기를 포함하는 공중합체가 제공된다:According to one aspect of the present invention, a repeating unit derived from a conjugated diene-based monomer; And a copolymer including a repeating unit derived from an aromatic vinylic monomer, wherein at least one terminal among a plurality of terminals of the copolymer includes a functional group represented by the following formula (1):
[화학식 1] [Formula 1]
(상기 화학식 1에서, (In Formula 1,
R1, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 히드록시(C1-C20)알킬기 및 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; R 1 , R 2 and R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxy group, a hydroxy (C 1 -C 20 )alkyl group, and a straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl group;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 N, S, O 및 Si로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of N, S, O and Si;
R6, R7 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 6 , R 7 and R 9 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl groups;
R8은 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬렌기로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나, N과 Si 사이의 단결합 또는 2가의 연결기를 형성할 수 있으며;R 8 may be selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkylene groups, or may form a single bond or a divalent linking group between N and Si;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups;
m은 0, 1 또는 2이며; 및m is 0, 1 or 2; and
반복 단위 n은 1 내지 50의 정수이다).repeating unit n is an integer from 1 to 50).
본 발명의 다른 견지에 의하면, (a) 탄화수소 용매 중에서, 유기 알칼리 금속 화합물 존재 하에 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 중합하여 활성 중합체를 제조하는 단계; 및According to another aspect of the present invention, (a) preparing an active polymer by polymerizing an aromatic vinyl-based monomer and a conjugated diene-based monomer in the presence of an organic alkali metal compound in a hydrocarbon solvent; and
(b) 상기 활성 중합체와 하기 화학식 3의 변성제를 반응시키는 단계:(b) reacting the active polymer with a modifier of formula (3):
[화학식 3] [Formula 3]
(상기 화학식 3에서, (In Formula 3,
R1, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 히드록시(C1-C20)알킬기 및 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; R 1 , R 2 and R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxy group, a hydroxy (C 1 -C 20 )alkyl group, and a straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl group;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 N, S, O 및 Si로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of N, S, O and Si;
R6, R7 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 6 , R 7 and R 9 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl groups;
R8은 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬렌기로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나, N과 Si 사이의 단결합 또는 2가의 연결기를 형성할 수 있으며;R 8 may be selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkylene groups, or may form a single bond or a divalent linking group between N and Si;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups;
m'은 0, 1, 2 또는 3이며; 및m' is 0, 1, 2 or 3; and
반복 단위 n은 1 내지 50의 정수이다)를 포함하는, 공중합체의 제조방법이 제공된다.The repeating unit n is an integer from 1 to 50), a method for preparing a copolymer is provided.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 공중합체 및 무기 충전제를 포함하는 고무 조성물이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a rubber composition comprising the copolymer of the present invention and an inorganic filler.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 고무 조성물로부터 제조된 성형품이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a molded article prepared from the rubber composition of the present invention.
본 발명에 의해 제공되는 신규의 변성 공중합체는 실리카 등의 충전제에 대한 향상된 친화성을 획득할 수 있으며, 나아가 이와 같은 변성 구조에 의해 고무 조성물 내에서 충전제 사이의 응집을 저해하는 효과를 획득할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 의해 변형된 공중합체의 구조는 연비 성능 향상에 더욱 기여할 수 있으면서도, 우수한 분산성을 유지할 수 있다. The novel modified copolymer provided by the present invention can obtain improved affinity for fillers such as silica, and furthermore, the effect of inhibiting aggregation between fillers in the rubber composition by such a modified structure can be obtained. have. As described above, the structure of the copolymer modified according to the present invention can further contribute to the improvement of fuel efficiency and maintain excellent dispersibility.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the embodiment of the present invention may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In this specification, the term "includes" of any component means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 "탄화수소기"는 알킬기, 아릴기, 알킬아릴기, 아릴알킬기 등 구조에 상관없이 탄소 및 수소로만 이루어진 탄화수소기로 탄화수소로부터 수소 원자를 제거함으로써 형성되는 1가의 유기 라디컬을 의미하며, 특히 한정되지 않는다.As used herein, the term "hydrocarbon group" refers to a monovalent organic radical formed by removing a hydrogen atom from a hydrocarbon with a hydrocarbon group consisting only of carbon and hydrogen regardless of structure, such as an alkyl group, an aryl group, an alkylaryl group, an arylalkyl group, etc. not limited
또한, 본 명세서에 기재된 용어 "알킬기"는 탄소 및 수소 원자만으로 구성된 1가의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄의 포화 탄화수소기를 의미하는 것으로, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.In addition, the term “alkyl group” as used herein refers to a monovalent straight-chain, branched-chain or cyclic saturated hydrocarbon group composed of only carbon and hydrogen atoms, and includes a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, and an isobutyl group. group, t-butyl group, pentyl group, hexyl group, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, and the like.
한편, 본 발명에 있어서 2가의 연결기를 형성하는 경우, 이때 연결기는 치환되지 않은 -(CH2)l-의 탄화수소기이거나 또는 연결기 내에 적어도 하나의 불포화 결합을 포함할 수 있는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기일 수 있다. 이때 상기 l은 1 내지 10의 정수일 수 있다.On the other hand, when forming a divalent linking group in the present invention, in this case, the linking group is an unsubstituted -(CH 2 ) 1 -hydrocarbon group or an alkyl having 1 to 10 carbon atoms which may include at least one unsaturated bond in the linking group. It could be a rengi. In this case, l may be an integer of 1 to 10.
본 발명의 공중합체(이하 본 발명의'변성 공중합체'및 '변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체'와 상호호환적으로 사용될 수 있음)는 무기 충전제와의 친화성 향상을 유도할 수 있고, 또한 중합 시 재응집을 방지하여 우수한 분산성을 확보할 수 있다. The copolymer of the present invention (hereinafter, may be used interchangeably with the 'modified copolymer' and 'modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer of the present invention') can induce improved affinity with inorganic fillers, , it is also possible to secure excellent dispersibility by preventing re-agglomeration during polymerization.
보다 상세하게, 본 발명의 변성 공중합체는 공액 디엔계 단량체 유래 반복 단위; 및 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위를 포함하는 공중합체이며, 상기 공중합체의 복수의 말단 중 적어도 일 말단이 상기 화학식 1로 표시되는 관능기를 포함하는 것이다. More specifically, the modified copolymer of the present invention is a repeating unit derived from a conjugated diene-based monomer; and a repeating unit derived from an aromatic vinylic monomer, wherein at least one terminal among a plurality of terminals of the copolymer includes a functional group represented by Formula 1 above.
[화학식 1] [Formula 1]
상기 화학식 1에서, In Formula 1,
R1, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 히드록시(C1-C20)알킬기 및 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; R 1 , R 2 and R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxy group, a hydroxy (C 1 -C 20 )alkyl group, and a straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl group;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 N, S, O 및 Si로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of N, S, O and Si;
R6, R7 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 6 , R 7 and R 9 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl groups;
R8은 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬렌기로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나, N과 Si 사이의 단결합 또는 2가의 연결기를 형성할 수 있으며;R 8 may be selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkylene groups, or may form a single bond or a divalent linking group between N and Si;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups;
m은 0, 1 또는 2이며; 및m is 0, 1 or 2; and
반복 단위 n은 1 내지 50의 정수이다.The repeating unit n is an integer from 1 to 50.
상기 본 발명의 변성 공중합체는 아미노 부(moiety), 예를 들어 3급 아미노 부(moiety) 등을 포함함으로써 고무 조성물에 배합되는 경우 무기 충전제 사이의 응집을 방지할 수 있으며, 그 결과 무기 충전제의 분산성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 무기 충전제로서 실리카를 사용하는 경우 실리카 표면에 존재하는 수산화기 간의 수소 결합에 의해 응집이 발생하기 쉬우며, 이에 대해 본 발명의 변성 공중합체 내 3급 아미노기가 수산화기 사이의 수소 결합을 방해함으로써 실리카의 분산성을 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명의 변성 공중합체는 알콕시실릴기를 포함함으로써 고무 제품의 내마모성 및 가공성을 향상시킬 수 있는 무기 충전제와의 친화성을 향상될 수 있다. 예컨데, 무기 충전제가 실리카인 경우 실리카 표면의 실라놀기와 축합반응 하여 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체의 내마모성 및 가공성을 향상시킬 수 있다. The modified copolymer of the present invention contains an amino moiety, for example, a tertiary amino moiety, etc., thereby preventing aggregation between inorganic fillers when blended into a rubber composition, and as a result, the inorganic filler Dispersibility can be improved. For example, when silica is used as an inorganic filler, aggregation tends to occur due to hydrogen bonding between hydroxyl groups present on the silica surface. can improve the dispersibility of Furthermore, since the modified copolymer of the present invention includes an alkoxysilyl group, affinity with an inorganic filler that can improve abrasion resistance and processability of rubber products can be improved. For example, when the inorganic filler is silica, the abrasion resistance and workability of the conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymers can be improved by condensation reaction with the silanol group on the surface of the silica.
보다 바람직하게, 본 발명의 공중합체는 상기 화학식 1에 있어서, R1, R2, R5 및 R6가 각각 수소이며; R7 및 R9는 직쇄형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; R8은 N과 Si 사이의 단결합 또는 -(CH2)l-의 탄화수소기이고, 이때 상기 l은 1 내지 10의 정수이며; R3 및 R4는 각각 산소이고; R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; m은 0이며; 및 n은 1 또는 2인 것이다. More preferably, in the copolymer of the present invention, in Formula 1, R 1 , R 2 , R 5 and R 6 are each hydrogen; R 7 and R 9 are selected from the group consisting of a straight-chain (C 1 -C 20 )alkyl group; R 8 is a single bond between N and Si or a hydrocarbon group of -(CH 2 ) l -, wherein l is an integer of 1 to 10; R 3 and R 4 are each oxygen; R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups; m is 0; and n is 1 or 2.
예를 들어 상기 화학식 1의 변성 공중합체는 하기 화학식 2로 표시되는 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체인 것이다.For example, the modified copolymer of Formula 1 is a modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer represented by Formula 2 below.
[화학식 2] [Formula 2]
본 발명의 공중합체는 예를 들어 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체일 수 있으며 보다 상세하게 상기 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 스티렌-부타디엔 공중합체일 수 있다.The copolymer of the present invention may be, for example, a conjugated diene-based copolymer and an aromatic vinyl-based copolymer, and in more detail, the conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer may be a styrene-butadiene copolymer represented by the following formula (4).
[화학식 4] [Formula 4]
상기 화학식 4에서 x는 바람직하게는 500 내지 5000의 정수이고, y는 바람직하게는 20 내지 100의 정수이며, 상기 공액디엔계 단량체 및 방향족 비닐계 단량체의 배열은 상기 화학식 4의 배열에 제한되는 것은 아니며, 이들이 랜덤하게 배열된 랜덤 공중합체일 수 있다.In Formula 4, x is preferably an integer of 500 to 5000, y is preferably an integer of 20 to 100, and the arrangement of the conjugated diene-based monomer and the aromatic vinyl-based monomer is limited to the arrangement of Formula 4 No, they may be randomly arranged random copolymers.
본 명세서에서 '단량체 유래 반복 단위'는 단량체로부터 기인한 성분, 구조 또는 그 물질 자체를 나타내는 것일 수 있고, 중합체의 중합 시, 투입되는 단량체가 중합 반응에 참여하여 중합체 내에서 이루는 반복 단위를 의미하는 것 일 수 있다.In the present specification, the 'monomer-derived repeating unit' may indicate a component, structure, or material itself derived from a monomer, and refers to a repeating unit formed in the polymer by participating in the polymerization reaction of the input monomer during polymerization of the polymer. can be one
이에, 본 발명에 있어서 상기 공액 디엔계 단량체 유래 반복 단위는 1,3-부타디엔, 이소프렌, 1,3-펜타디엔(피페릴렌), 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 1,3-헥사디엔, 2-메틸-1,3-펜타디엔, 3,4-디메틸-1,3-헥사디엔, 4,5-디에틸-1,3-옥타디엔, 3-부틸-1,3-옥타디엔, 2-페닐-1,3-부타디엔, 피페릴렌 및 이소프렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 공액 디엔계 단량체는 1,3-부타디엔일 수 있다.Accordingly, in the present invention, the repeating unit derived from the conjugated diene-based monomer is 1,3-butadiene, isoprene, 1,3-pentadiene (piperylene), 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3- Hexadiene, 2-methyl-1,3-pentadiene, 3,4-dimethyl-1,3-hexadiene, 4,5-diethyl-1,3-octadiene, 3-butyl-1,3-octa It may include at least one selected from the group consisting of diene, 2-phenyl-1,3-butadiene, piperylene and isoprene. Specifically, the conjugated diene-based monomer may be 1,3-butadiene.
상기 공액 디엔계 단량체 유래 반복 단위는 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체 중량을 기준으로 60중량% 내지 99중량%, 또는 60중량% 내지 90중량%, 구체적으로 63중량% 내지 85중량%로 포함될 수 있다. The repeating unit derived from the conjugated diene-based monomer is included in an amount of 60% to 99% by weight, or 60% to 90% by weight, specifically 63% to 85% by weight based on the weight of the conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer. can
상기 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위는 스티렌, 알파메틸 스티렌, 3-메틸 스티렌, 4-메틸 스티렌, 4-프로필 스티렌, 1-비닐 나프탈렌, 4-사이클로헥실 스티렌, 4-(파라메틸페닐) 스티렌 및 1-비닐-5-헥실나프탈렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 방향족 비닐계 단량체는 스티렌일 수 있다.The repeating unit derived from the aromatic vinyl-based monomer is styrene, alphamethyl styrene, 3-methyl styrene, 4-methyl styrene, 4-propyl styrene, 1-vinyl naphthalene, 4-cyclohexyl styrene, 4-(paramethylphenyl) styrene and 1 -Vinyl-5-hexylnaphthalene may include one or more selected from the group consisting of. Specifically, the aromatic vinyl-based monomer may be styrene.
상기 방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위는 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체 중량을 기준으로 10중량% 내지 40중량%, 구체적으로 15중량% 내지 40중량%로 포함될 수 있다.The repeating unit derived from the aromatic vinyl-based monomer may be included in an amount of 10 wt% to 40 wt%, specifically 15 wt% to 40 wt%, based on the weight of the conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer.
상기 단량체 혼합물은 공액 디엔계 단량체 및/또는 방향족 비닐계 단량체와 공중합가능한 공단량체를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 공단량체는 산 무수물계 단량체, 아크릴로니트릴계 단량체 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. The monomer mixture may further include a comonomer copolymerizable with a conjugated diene-based monomer and/or an aromatic vinyl-based monomer. Such a comonomer may include, but is not limited to, an acid anhydride-based monomer, an acrylonitrile-based monomer, and the like.
상기 본 발명에 의해 획득되는 변성 공중합체는 무니점도가 40이상, 구체적으로는 40 내지 90, 보다 구체적으로는 50 내지 80 일 수 있다. 무니점도는 중량평균 분자량에 비례하므로 상기 범위에서 기계적 물성이 향상되는 효과가 있을 수 있다.The modified copolymer obtained by the present invention may have a Mooney viscosity of 40 or more, specifically 40 to 90, more specifically 50 to 80. Since the Mooney viscosity is proportional to the weight average molecular weight, there may be an effect of improving mechanical properties within the above range.
한편, 상기 변성 공중합체는 중량평균분자량(Mw)이 1,000 g/mol 내지 2,000,000 g/mol, 구체적으로는 10,000 g/mol 내지 1,900,000 g/mol, 보다 구체적으로는 100,000 g/mol 내지 1,800,000 g/mol일 수 있다. On the other hand, the modified copolymer has a weight average molecular weight (Mw) of 1,000 g/mol to 2,000,000 g/mol, specifically 10,000 g/mol to 1,900,000 g/mol, more specifically 100,000 g/mol to 1,800,000 g/mol can be
또한, 상기 변성 공중합체는 분자량 분포(Mw/Mn, MwD)가 1.0 내지 10, 또는 1.0 내지 7, 구체적으로는 1.1 내지 5, 보다 구체적으로는 1.1 내지 4일 수 있다. In addition, the modified copolymer may have a molecular weight distribution (Mw/Mn, MwD) of from 1.0 to 10, or from 1.0 to 7, specifically from 1.1 to 5, and more specifically from 1.1 to 4.
나아가, 상기 변성 공중합체는 비닐 함량이 60 중량% 이상, 구체적으로는 63 중량% 이상, 보다 구체적으로는 63 중량% 내지 99중량%일 수 있다. 상기 비닐 함량은 공액 디엔계 단량체와 방향족 비닐계 단량체의 공중합 시에 비닐기를 갖는 단량체와 방향족 비닐계 단량체로 이루어진 공중합체 100 중량%에 대하여 방향족 비닐계 단량체에 1,4-첨가가 아닌 1,2-첨가된 공액 디엔계 단량체의 함량을 의미한다.Further, the modified copolymer may have a vinyl content of 60 wt% or more, specifically 63 wt% or more, and more specifically 63 wt% to 99 wt%. The vinyl content is 1,2, not 1,4-addition to the aromatic vinyl-based monomer, based on 100% by weight of the copolymer consisting of a monomer having a vinyl group and an aromatic vinyl-based monomer during copolymerization of the conjugated diene-based monomer and the aromatic vinyl-based monomer - It means the content of the added conjugated diene-based monomer.
상기 변성 공중합체는 점탄성의 특징에 있어서, 실리카 배합 후 동적기계분석법(DMA; Dynamicmechanical Analysis)을 통하여 10Hz로 측정하는 경우, 60℃에서의 Tan δ값이 0.15 이하일 수 있고, 이 범위 내에서 구름저항 또는 회전저항(RR)이 크게 향상된다.In the viscoelastic characteristics of the modified copolymer, when measured at 10 Hz through dynamic mechanical analysis (DMA) after silica mixing, the Tan δ value at 60° C. may be 0.15 or less, and rolling resistance within this range Alternatively, the rotation resistance (RR) is greatly improved.
본 발명의 변성 공중합체의 변성 전 상태의 공중합체는 공액 디엔계 단량체를 중합하거나, 비닐 방향족 단량체와 공액 디엔 단량체를 공중합함으로써 얻어질 수 있다. The copolymer of the modified copolymer of the present invention in a state before modification may be obtained by polymerizing a conjugated diene-based monomer or copolymerizing a vinyl aromatic monomer and a conjugated diene monomer.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 변성 공중합체의 제조방법이 제공된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing the modified copolymer of the present invention.
공액 디엔계 중합체의 중합 단계는 탄화수소 용매 중에서, 유기 금속 화합물 존재 하에서 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 중합하여 알칼리 금속이 결합된 활성 중합체를 제조하는 단계로 음이온과 유기 금속 양이온이 결합된 중합체를 나타내는 단계를 포함할 수 있다.The polymerization step of the conjugated diene-based polymer is a step of preparing an alkali metal-bonded active polymer by polymerizing an aromatic vinyl-based monomer and a conjugated diene-based monomer in the presence of an organometallic compound in a hydrocarbon solvent. It may include a step representing
보다 상세하게 본 발명의 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체의 제조방법은 하기의 단계를 포함할 수 있다: In more detail, the method for preparing the modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer of the present invention may include the following steps:
(a) 탄화수소 용매 중에서, 유기 알칼리 금속 화합물 존재 하에 방향족 비닐계 단량체 및 공액 디엔계 단량체를 중합하여 활성 중합체를 제조하는 단계; 및(a) preparing an active polymer by polymerizing an aromatic vinyl-based monomer and a conjugated diene-based monomer in a hydrocarbon solvent in the presence of an organic alkali metal compound; and
(b) 상기 활성 중합체와 하기 화학식 3의 변성제를 반응시키는 단계:(b) reacting the active polymer with a modifier of formula (3):
[화학식 3] [Formula 3]
상기 화학식 3에서, In Formula 3,
R1, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 히드록시(C1-C20)알킬기 및 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; R 1 , R 2 and R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxy group, a hydroxy (C 1 -C 20 )alkyl group, and a straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl group;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 N, S, O 및 Si로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of N, S, O and Si;
R6, R7 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 6 , R 7 and R 9 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl groups;
R8은 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬렌기로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나, N과 Si 사이의 단결합 또는 2가의 연결기를 형성할 수 있으며;R 8 may be selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkylene groups, or may form a single bond or a divalent linking group between N and Si;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 (C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of a straight-chain (C 1 -C 5 )alkyl group;
m'은 0, 1, 2 또는 3이며; 및m' is 0, 1, 2 or 3; and
반복 단위 n은 1 내지 50의 정수이다.The repeating unit n is an integer from 1 to 50.
바람직하게 상기 공중합체는 상기 화학식 3에 있어서, R1, R2, R5 및 R6가 각각 수소이며; R7 및 R9는 직쇄형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; R8은 N과 Si 사이의 단결합 또는 -(CH2)l-의 탄화수소기이고, 이때 상기 l은 1 내지 10의 정수이며; R3 및 R4는 각각 산소이고; R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형 (C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; m은 0이며; 및 n은 1 또는 2인 것이다.Preferably, in the copolymer, in Formula 3, R 1 , R 2 , R 5 and R 6 are each hydrogen; R 7 and R 9 are selected from the group consisting of a straight-chain (C 1 -C 20 )alkyl group; R 8 is a single bond between N and Si or a hydrocarbon group of -(CH 2 ) l -, wherein l is an integer of 1 to 10; R 3 and R 4 are each oxygen; R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups; m is 0; and n is 1 or 2.
상기 공액디엔계 단량체 및 방향족 비닐계 단량체와 관련한 구체적인 내용은 본 명세서에서 변성 공중합체와 관련하여 전술한 바와 같을 수 있으며, 각 단량체의 사용량은 공중합체 내 공액디엔계 단량체 유래 단위 및 방향족 비닐계 단량체 유래 단위가 전술한 범위 내로 조절되는 범위에서 적절하게 조절하여 사용하는 것일 수 있다.Specific details regarding the conjugated diene-based monomer and the aromatic vinyl-based monomer may be the same as those described above with respect to the modified copolymer in the present specification, and the amount of each monomer used is a unit derived from a conjugated diene-based monomer and an aromatic vinyl-based monomer in the copolymer. The derived unit may be appropriately adjusted and used within the range controlled within the aforementioned range.
상기 탄화수소 용매는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, 이소옥탄, 시클로헥산, 톨루엔, 벤젠 및 크실렌으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 상기 탄화수소 용매를 그대로 사용할 수도 있지만, 분자체 및/또는 활성 알루미나를 통과시켜 수분, 산소 또는 촉매 독성 물질을 제거한 후 사용하는 것이 바람직하다.The hydrocarbon solvent is not particularly limited, but may be, for example, at least one selected from the group consisting of n-pentane, n-hexane, n-heptane, isooctane, cyclohexane, toluene, benzene and xylene. The hydrocarbon solvent may be used as it is, but it is preferable to use it after removing moisture, oxygen, or catalyst toxic substances by passing through molecular sieves and/or activated alumina.
상기 단계 (a)의 중합은 공액 디엔계 단량체와 방향족 비닐계 단량체를 음이온성 중합하는 단계를 포함할 수 있다. 이 경우 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체가 하기 상술되는 음이온성 중합 개시제에 의해 개시되는 음이온에 의한 성장 반응에 의해 활성 부위가 생성됨으로써 중합된다. 그러나, 본 발명의 중합 단계가 이에 제한되는 것은 아니다.The polymerization of step (a) may include anionic polymerization of the conjugated diene-based monomer and the aromatic vinyl-based monomer. In this case, the modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymers are polymerized by generating an active site by a growth reaction with an anion initiated by an anionic polymerization initiator detailed below. However, the polymerization step of the present invention is not limited thereto.
이때, 음이온성 중합 개시제는 유기 리튬 화합물, 유기 나트륨 화합물, 유기 칼륨 화합물, 유기 루비듐 화합물, 유기 세슘 화합물 등의 유기 알칼리 금속 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 음이온성 중합 개시제로서 1,3-디엔 단량체의 중합에 유용한 유기 리튬 화합물을 포함한다.In this case, the anionic polymerization initiator may include at least one selected from the group consisting of organic alkali metal compounds such as an organic lithium compound, an organic sodium compound, an organic potassium compound, an organic rubidium compound, and an organic cesium compound. It preferably contains an organolithium compound useful for polymerization of 1,3-diene monomer as an anionic polymerization initiator.
구체적으로, 유기 리튬 화합물은 리튬 양이온과 지방족 탄화수소기, 지환족 탄화수소기 또는 방향족 탄화수소기의 음이온으로 구성되는 화합물을 포함한다. 상기 지방족기는 탄소수 1 내지 탄소수 10의 선형 또는 분지형의 알킬기 예를 들면 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, t-부틸, sec-부틸, n-아민, sec-아밀, n-헥실, sec-헥실, n-헵틸, n-옥틸, n-노닐 등이고, 지환족 탄화수소기는 탄소수 5 내지 탄소수 10의 지환족 탄화수소기 예를 들면 시클로헥실기, 메틸시클로헥실기, 에틸시클로헥실기, 시클로헵틸기, 시클로펜틸메틸기, 메틸시클로펜틸에틸기 등이고, 방향족 탄화수소기는 탄소수 6 내지 탄소수 10의 아릴기 예를 들면 페닐기, 톨릴기, 페닐에틸기, 벤질기, 나프틸기 또는 페닐시클로헥실기이다.Specifically, the organolithium compound includes a compound composed of a lithium cation and an anion of an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group. The aliphatic group is a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, t-butyl, sec-butyl, n-amine, sec-amyl, n -hexyl, sec-hexyl, n-heptyl, n-octyl, n-nonyl, etc., and the alicyclic hydrocarbon group is an alicyclic hydrocarbon group having 5 to 10 carbon atoms, for example, a cyclohexyl group, a methylcyclohexyl group, an ethylcyclohexyl group , cycloheptyl group, cyclopentylmethyl group, methylcyclopentylethyl group, etc., and the aromatic hydrocarbon group is an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, for example, a phenyl group, tolyl group, phenylethyl group, benzyl group, naphthyl group or phenylcyclohexyl group.
바람직하게, 음이온성 중합 개시제는 메틸리튬, 에틸리튬, 프로필리튬, n-부틸리튬, s-부틸리튬, t-부틸리튬, 헥실리튬, n-데실리튬, t-옥틸리튬, 페닐리튬, 1-나프틸리튬, n-에이코실리튬, 4-부틸페닐리튬, 4-톨릴리튬, 사이클로헥실리튬, 3,5-디-n-헵틸사이클로헥실리튬, 4-사이클로펜틸리튬, 나프틸나트륨, 나프틸칼륨 등을 포함할 수 있다.Preferably, the anionic polymerization initiator is methyllithium, ethyllithium, propyllithium, n-butyllithium, s-butyllithium, t-butyllithium, hexyllithium, n-decyllithium, t-octyllithium, phenyllithium, 1- Naphthyllithium, n-eicosyllithium, 4-butylphenyllithium, 4-tolylylithium, cyclohexyllithium, 3,5-di-n-heptylcyclohexyllithium, 4-cyclopentyllithium, naphthyl sodium, naphthyl Potassium and the like may be included.
한편, 상기 음이온성 중합 개시제는 단량체 혼합물 총 100중량부에 대해 0.0001 중량부 내지 0.65 중량부, 예를 들면 0.00012중량부 내지 0.64 중량부, 0.0002 중량부 내지 0.32 중량부, 0.0003 중량부 내지 0.16 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 고분자량의 공중합체 제조가 가능할 수 있다.On the other hand, the anionic polymerization initiator is 0.0001 parts by weight to 0.65 parts by weight, for example, 0.00012 parts by weight to 0.64 parts by weight, 0.0002 parts by weight to 0.32 parts by weight, 0.0003 parts by weight to 0.16 parts by weight based on 100 parts by weight of the total of the monomer mixture. may be included. In the above range, it may be possible to prepare a copolymer having a high molecular weight.
상기 중합은 음이온 중합일 수 있고, 구체적으로는 음이온에 의한 성장반응에 의해 활성 부위를 얻는 리빙 음이온 중합일 수 있다. 또한, 상기 중합은 승온 중합, 등온 중합 또는 단열 중합(정온 중합)일 수 있다.The polymerization may be anionic polymerization, specifically, living anionic polymerization in which an active site is obtained by a growth reaction by an anion. In addition, the polymerization may be an elevated temperature polymerization, isothermal polymerization, or adiabatic polymerization (constant temperature polymerization).
여기에서, 단열 중합은 유기 금속 화합물을 투입한 이후 임의로 열을 가하지 않고 자체 반응열로 중합시키는 단계를 포함하는 중합방법을 나타내는 것이고, 상기 승온 중합은 상기 유기 금속 화합물을 투입한 이후 임의로 열을 가하여 온도를 증가시키는 중합방법을 나타내는 것이며, 상기 등온 중합은 상기 유기 금속 화합물을 투입한 이후 열을 가하여 열을 증가시키거나 열을 뺏어 중합물의 온도를 일정하게 유지하는 중합방법을 나타내는 것이다.Here, the adiabatic polymerization refers to a polymerization method comprising the step of polymerization with heat of reaction by itself without optionally applying heat after the organometallic compound is added, and the temperature-rising polymerization is a temperature by optionally adding heat after adding the organometallic compound. It represents a polymerization method to increase the temperature, and the isothermal polymerization refers to a polymerization method in which the temperature of the polymer is maintained constant by increasing heat by applying heat after the organometallic compound is added, or by taking heat away.
상기 중합은 -20℃내지 200℃의 온도범위에서 수행하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 0℃내지 150℃, 더욱 구체적으로는 10℃ 내지 120℃의 온도 범위에서 수행하는 것일 수 있다.The polymerization may be carried out in a temperature range of -20 °C to 200 °C, specifically 0 °C to 150 °C, more specifically, it may be carried out in a temperature range of 10 °C to 120 °C.
변성 전 상태의 공중합체의 중합 시 극성 첨가제를 첨가하여 중합시킬 수 있다. 이와 같이 상기 단계 중합은 필요에 따라 극성 첨가제를 더 첨가하여 수행하는 것일 수 있으며, 상기 극성 첨가제는 단량체 총 100g을 기준으로 0.005 g 내지 10 g, 구체적으로는 0.007g 내지 7g, 더욱 구체적으로는 0.009g 내지 4g으로 첨가하는 것일 수 있다.In the polymerization of the copolymer in the state before modification, it may be polymerized by adding a polar additive. As such, the step polymerization may be performed by further adding a polar additive as necessary, and the polar additive is 0.005 g to 10 g, specifically 0.007 g to 7 g, more specifically 0.009 g based on 100 g of the total monomer. It may be added in g to 4g.
상기 극성 첨가제는 염, 에테르, 아민 또는 이들 혼합물일 수 있으며, 구체적으로는 테트라하이드로퓨란, 디테트라하이드로퓨릴프로판, 디에틸에테르, 시클로아말에테르, 디프로필에테르, 에틸렌디메틸에테르, 에틸렌디메틸에테르, 디에틸렌글리콜, 디메틸에테르, 3차 부톡시에톡시에탄 비스(3-디메틸아미노에틸)에테르, (디메틸아미노에틸)에틸에테르, 에틸테트라퍼퓨릴에테르, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민 및 테트라메틸에틸렌디아민으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 더욱 구체적으로는 디테트라히드로퓨릴프로판, 에틸테트라퍼퓨릴에테르 또는 테트라메틸에틸렌디아민일 수 있다.The polar additive may be a salt, an ether, an amine, or a mixture thereof. Specifically, tetrahydrofuran, ditetrahydrofurylpropane, diethyl ether, cycloamal ether, dipropyl ether, ethylene dimethyl ether, ethylene dimethyl ether, di Ethylene glycol, dimethyl ether, tertiary butoxyethoxyethane bis (3-dimethylaminoethyl) ether, (dimethylaminoethyl) ethyl ether, ethyl tetrafurfuryl ether, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine and tetramethyl It may be at least one selected from the group consisting of ethylenediamine. More specifically, it may be ditetrahydrofurylpropane, ethyltetrafurfurylether, or tetramethylethylenediamine.
상기의 극성 첨가제를 사용함으로써 공액디엔계 단량체 및 방향족 비닐계 단량체를 공중합시키는 경우 이들의 반응 속도 차이를 보완해줌으로써 랜덤 공중합체를 용이하게 형성할 수 있도록 유도할 수 있다.When the conjugated diene-based monomer and the aromatic vinyl-based monomer are copolymerized by using the polar additive, a random copolymer can be easily formed by compensating for a difference in their reaction rate.
상기 단계 (b)는 변성 공중합체를 제조하기 위하여, 상기 활성 중합체와 상기 화학식 3으로 표시되는 변성제를 반응시키는 단계이다. The step (b) is a step of reacting the active polymer with the modifier represented by Formula 3 to prepare the modified copolymer.
상기 화학식 3으로 표시되는 변성제는 전술한 바와 같을 수 있으며, 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 상기 반응에 사용하는 것일 수 있다. The modifier represented by Chemical Formula 3 may be the same as described above, and may be one or a mixture of two or more used in the reaction.
상기 화학식 3으로 표시되는 변성제는 유기 금속 화합물 1 mol 대비 0.1 mol 내지 10 mol로 사용하는 것일 수 있다. 상기 화학식 3으로 표시되는 변성제는 예를 들어 유기 금속 화합물 1 mol 당 0.5 mol 내지 5 mol 이하, 바람직하게는 1.2 mol 내지 2 mol로 사용하는 것일 수 있다. 만약, 상기 변성제를 상기의 비율 범위가 되는 양으로 사용하는 경우 최적 성능의 커플링 반응을 수행할 수 있어, 본 발명의 변성 공중합체를 얻을 수 있다. The modifier represented by Formula 3 may be used in an amount of 0.1 mol to 10 mol relative to 1 mol of the organometallic compound. The modifier represented by Formula 3 may be used, for example, in an amount of 0.5 mol to 5 mol or less, preferably 1.2 mol to 2 mol per 1 mol of the organometallic compound. If the modifier is used in an amount that falls within the above ratio range, a coupling reaction with optimal performance may be performed, thereby obtaining the modified copolymer of the present invention.
상기 단계 (b)의 반응은 공중합체에 관능기를 도입시키기 위한 변성반응으로, 0℃ 내지 90℃에서 1분 내지 5시간 동안 반응을 수행하는 것일 수 있다. The reaction of step (b) is a modification reaction for introducing a functional group into the copolymer, and may be performed at 0° C. to 90° C. for 1 minute to 5 hours.
또한, 상기 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체의 제조방법은 회분식(배치식) 또는 1종 이상의 반응기를 포함하는 연속식 중합방법에 의하여 수행하는 것일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 상기 단계 이후에 필요에 따라 용매 및 미반응 단량체 회수 및 건조 중 1 이상의 단계를 더 포함할 수 있다. In addition, the method for preparing the modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer may be performed by a batch method (batch type) or a continuous polymerization method including one or more reactive groups. The manufacturing method according to an embodiment of the present invention may further include one or more steps of recovering and drying the solvent and unreacted monomers as needed after the above step.
예를 들어 중합 용매인 시클로헥산은 분자체 5A 및 활성알루미나가 충진된 관을 통과시키고 고순도의 질소로 버블링시켜, 수분, 산소 및 기타 촉매독 물질을 충분히 제거시킨 후 사용할 수 있다. 단량체인 스티렌은 활성 알루미나가 충진된 관을 통과시켜 중합 방지제 및 수분, 산소 등을 충분히 제거 시킨 후 사용할 수 있다.For example, the polymerization solvent, cyclohexane, can be used after passing through a tube filled with molecular sieve 5A and activated alumina and bubbling with high-purity nitrogen to sufficiently remove moisture, oxygen and other catalyst poisons. Styrene, a monomer, can be used after passing through a tube filled with activated alumina to sufficiently remove polymerization inhibitor, moisture, and oxygen.
모든 중합은 외부 공기와 완전히 차단된 고압 반응기(Autoclave) 내에서 필요량의 용매, 중합하고자 하는 각 단량체 등을 주입한 후에 개시제를 넣고 진행할 수 있다. All polymerizations can be carried out by adding an initiator after injecting a required amount of a solvent and each monomer to be polymerized in a high-pressure reactor (autoclave) completely blocked from external air.
상기 본 발명의 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체는 점탄성의 특징에 있어서, 실리카 배합 후 DMA 를 통하여 10 Hz 로 측정한 경우, 60 ℃에서의 tan 값이 감소하고, 구름저항 또는 회전저항이 향상되어 연비 성능 개선 효과를 보일 수 있다. In the viscoelastic characteristics of the conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymers of the present invention, when measured at 10 Hz through DMA after silica mixing, the tan value at 60° C. is reduced, and rolling resistance or rotational resistance is improved This can lead to improved fuel economy performance.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체 및 무기 충전제를 포함하는 고무 조성물이 제공된다. 이를 통해, 고무 조성물로 제조된 성형품은 연비 특성이 우수할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a rubber composition comprising the modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer of the present invention and an inorganic filler. Through this, the molded article made of the rubber composition may have excellent fuel economy characteristics.
본 발명의 고무 조성물은 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체에 추가로 충전제를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체는 충전제와의 친화성이 우수하여, 본 발명의 고무 조성물로부터 획득되는 성형품은 내마모성이 우수하고 구름 저항이 낮으며 웨트 스키드 저항도 높아서 조정 안정성이 우수할 수 있다. The rubber composition of the present invention may further include a filler in addition to the modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymers. The modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymers of the present invention have excellent affinity with fillers, so that the molded article obtained from the rubber composition of the present invention has excellent abrasion resistance, low rolling resistance, and high wet skid resistance, resulting in adjustment stability. can be excellent
본 발명의 고무 조성물은 0℃에서 측정한 tanδ은 높아 습윤 저항과 조면 저항이 향상됨으로써 제동 성능 개선 효과가 있을 수 있고, 60℃에서 측정한 tanδ는 낮아서 구름 저항과 회전 저항이 향상됨으로써 연비 성능 개선 효과가 있을 수 있다.The rubber composition of the present invention has a high tanδ measured at 0° C., and can have an effect of improving braking performance by improving wet resistance and roughing resistance, and improving fuel efficiency by improving rolling resistance and rolling resistance because tanδ measured at 60° C. is low It may work.
상기 충전제는 변성 공중합체 100 중량부에 대해 10 중량부 내지 200 중량부, 바람직하게는 50 중량부 내지 200 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 내마모성이 우수하고 내구성 향상 효과가 있을 수 있다.The filler may be included in an amount of 10 parts by weight to 200 parts by weight, preferably 50 parts by weight to 200 parts by weight, based on 100 parts by weight of the modified copolymer. Within the above range, the wear resistance may be excellent and there may be an effect of improving durability.
상기 충전제는 무기 충전제 뿐만 아니라, 고무 조성물에서 통상적으로 사용되는 유기 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 유기 충전제는 카본 블랙, 전분 중 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 무기 충전제는 실리카, 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 알루미늄 실리케이트 및 수화 알루미늄 실리케이트로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 충전제로서 실리카, 카본블랙 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.The filler may further include an organic filler commonly used in rubber compositions as well as inorganic fillers. For example, the organic filler may include one or more of carbon black and starch, and the inorganic filler may include one or more selected from the group consisting of silica, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, aluminum silicate and hydrated aluminum silicate. can Preferably, the filler may include silica, carbon black, or a combination thereof.
고무 조성물은 공액 디엔계 공중합체를 더 포함할 수 있다. 공액 디엔계 공중합체는 상술한 공액 디엔계 단량체의 호모형 공중합체를 포함할 수 있다. 상기 공액 디엔계 공중합체는 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체 100 중량부에 대해 10 중량부 내지 60 중량부, 구체적으로 10 중량부 내지 50 중량부, 더 구체적으로 10 중량부 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 고무 조성물의 물성 향상 효과가 있을 수 있다.The rubber composition may further include a conjugated diene-based copolymer. The conjugated diene-based copolymer may include a homo-type copolymer of the above-described conjugated diene-based monomer. The conjugated diene-based copolymer is included in an amount of 10 parts by weight to 60 parts by weight, specifically 10 parts by weight to 50 parts by weight, more specifically 10 parts by weight to 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymers. can Within the above range, there may be an effect of improving the physical properties of the rubber composition.
고무 조성물은 오일을 더 포함할 수 있다. 오일은 파라핀계 오일, 방향족 오일, 피마자유 등의 식물성 오일, MES(mild extracted solvate) 오일, TDAE(treated distillate aromatic extracted) 오일, SRAE 등을 포함하는 낮은 PCA 오일, 중질 나프텐계 오일, 블랙 오일 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 오일은 변성 공중합체 100 중량부에 대해 1 중량부 내지 100 중량부, 구체적으로 10 중량부 내지 100 중량부, 더 구체적으로 20 중량부 내지 80 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서, 고무 조성물의 물성 발현이 잘 되고 고무 조성물을 적당히 연화시켜 가공성이 우수할 수 있다. The rubber composition may further include an oil. The oils include vegetable oils such as paraffinic oil, aromatic oil, castor oil, mild extracted solvate (MES) oil, treated distillate aromatic extracted (TDAE) oil, low PCA oil including SRAE, heavy naphthenic oil, and black oil. It may include one or more types. The oil may be included in an amount of 1 part by weight to 100 parts by weight, specifically 10 parts by weight to 100 parts by weight, and more specifically 20 parts by weight to 80 parts by weight based on 100 parts by weight of the modified copolymer. Within the above range, the physical properties of the rubber composition may be well expressed and the rubber composition may be moderately softened to provide excellent processability.
고무 조성물은 충전제, 오일 이외에 당업자에게 통상적으로 알려진 촉진제, 왁스, 지방산, 가공 조제, 산화 방지제, 노화 방지제, 가교제, 연화제, 촉진제, 산화아연 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다. The rubber composition may further include one or more additives commonly known to those skilled in the art in addition to fillers and oils, such as accelerators, waxes, fatty acids, processing aids, antioxidants, antioxidants, crosslinking agents, softeners, accelerators, and zinc oxide.
상기 첨가제는 각각 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체 100 중량부에 대해 1 중량부 내지 50 중량부, 구체적으로 1 중량부 내지 30 중량부, 더 구체적으로 1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 고무 조성물의 효과에 영향을 주지 않으면서 첨가제로서 역할을 할 수 있다.The additive may be included in an amount of 1 part by weight to 50 parts by weight, specifically 1 part by weight to 30 parts by weight, more specifically 1 part by weight to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer, respectively. . In the above range, it can serve as an additive without affecting the effectiveness of the rubber composition.
고무 조성물은 황을 더 포함하는 가황 고무 조성물일 수 있다. 황은 고무 조성물에 포함되어 가교 반응으로 고무의 망상 형태를 이루어 첨가제 충진 및 내구성 향상 효과를 낼 수 있다. 황은 변성 공액 디엔계 및 방향족 비닐계 공중합체 100 중량부에 대해 0.1 중량부 내지 50 중량부, 구체적으로 0.1 중량부 내지 30 중량부, 더 구체적으로 0.1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 고무 조성물의 효과에 영향을 주지 않으면서 효과를 낼 수 있다.The rubber composition may be a vulcanized rubber composition further comprising sulfur. Sulfur is included in the rubber composition to form a network of rubber through a crosslinking reaction, thereby filling additives and improving durability. Sulfur may be included in an amount of 0.1 parts by weight to 50 parts by weight, specifically 0.1 parts by weight to 30 parts by weight, and more specifically 0.1 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the modified conjugated diene-based and aromatic vinyl-based copolymer. In the above range, the effect can be achieved without affecting the effect of the rubber composition.
이하, 본 발명의 성형품을 설명한다. 본 발명의 다른 측면에 의하면 상기 본 발명의 고무 조성물로부터 제조된 성형품이 제공된다. 상기 성형품은 타이어, 타이어 트레드, 언더 트레드, 사이드 월, 카카스 코팅 고무, 벨트 코팅 고무, 비드 필러, 췌이퍼, 또는 비드 코팅 고무 등의 타이어의 각 부재나, 방진고무, 벨트 컨베이어, 호스 등의 각종 공업용 고무 제품 일 수 있다. 상기 고무조성물으ㄹ 이용하여 형성된 성형품은 특히 타이어 트레드를 포함하는 타이어일 수 있으며, 본 발명의 성형품의 겨우 우수한 연비 특성을 나타낸다.Hereinafter, the molded article of this invention is demonstrated. According to another aspect of the present invention, there is provided a molded article prepared from the rubber composition of the present invention. The molded article may be a tire, tire tread, under-tread, sidewall, carcass coated rubber, belt coated rubber, bead filler, cheaper, or each member of the tire such as bead coated rubber, vibration proof rubber, belt conveyor, hose, etc. It can be various industrial rubber products. The molded article formed using the rubber composition may be a tire including a tire tread, and the molded article of the present invention exhibits only excellent fuel efficiency characteristics.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through specific examples. The following examples are only examples to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예Example
1. 변성 공중합체의 제조1. Preparation of modified copolymer
(1) 변성제의 합성(1) Synthesis of denaturant
1) 4-메틸카테콜 아세토나이드(4-Methylcatechol acetonide)의 합성 1) Synthesis of 4-methylcatechol acetonide
4-메틸카테콜(4-Methyl catechol)(30.0 g, 241.5 mmol), 2,2-디메톡시프로판(2,2-Dimethoxypropane) (87.36 g, 102.9 mL, 840 mmol), 파라-톨루엔설폰산 모노수화물(p-Toluenesulfonic acid monohydrate)(0.4 g, 2.0 mmol) 및 벤젠(Benzene)(262.2 g, 300 mL)을 1 L, 2구 둥근 바닥 플라스크에 담아 균일한 용액을 만들었다. 석실렛 추출 장치를 장착한 후, 120℃의 온도에서 8시간 동안 반응시켰다. 이후 용매를 모두 제거하고 남은 물질을 65℃, 1x10-3 mbar의 압력에서 감압 증류를 통해 정제하여 옅은 노란색 액체 상태의 4-메틸카테콜 아세토나이드를 합성하였다. (수율(yield) = 89%)4-Methyl catechol (30.0 g, 241.5 mmol), 2,2-Dimethoxypropane (87.36 g, 102.9 mL, 840 mmol), para-toluenesulfonic acid mono Hydrate (p-Toluenesulfonic acid monohydrate) (0.4 g, 2.0 mmol) and benzene (Benzene) (262.2 g, 300 mL) were placed in a 1 L, two-necked round bottom flask to prepare a uniform solution. After installing the succilet extraction device, the reaction was conducted at a temperature of 120° C. for 8 hours. After removing all of the solvent, the remaining material was purified through distillation under reduced pressure at 65° C. and a pressure of 1x10 -3 mbar to synthesize 4-methylcatechol acetonide in a pale yellow liquid state. (yield = 89%)
2) 4-브로모메틸카테콜 아세토나이드 (4-Bromomethylcatechol acetonide)의 합성2) Synthesis of 4-Bromomethylcatechol acetonide (4-Bromomethylcatechol acetonide)
4-메틸카테콜 아세토나이드(4-Methyl catechol acetonide)(20.0 g, 121.8 mmol), N-브로모숙신산이미드(N-Bromosuccinimide)(21.6 g, 121.2 mmol), 2,2'-아조비스아이소 부티로니트릴(2,2'-Azobisiso butyronitrile)(0.8 g, 4.88 mmol) 및 시클로헥산(Cyclohexane)(262.2 g, 300 mL)을 1 L, 2구 둥근 바닥 플라스크에 담았다. 리플럭스 냉각기를 장착한 후, 100℃의 온도에서 6시간 동안 반응시켰다. 이후 석출된 숙신산이미드(Succinimide)를 필터하여 제거하고, 남은 액상 물질의 용매를 모두 제거하여 노란색 액체 상태의 4-브로모메틸 카테콜 아세토나이드(4-Bromomethyl catechol acetonide)를 합성하였다. (yield = 98%)4-Methyl catechol acetonide (20.0 g, 121.8 mmol), N-Bromosuccinimide (21.6 g, 121.2 mmol), 2,2'-azobisiso Butyronitrile (2,2'-Azobisiso butyronitrile) (0.8 g, 4.88 mmol) and cyclohexane (262.2 g, 300 mL) were placed in a 1 L, two-necked round-bottom flask. After mounting a reflux cooler, the reaction was carried out at a temperature of 100° C. for 6 hours. Thereafter, the precipitated succinimide was filtered to remove, and all solvents of the remaining liquid material were removed to synthesize 4-Bromomethyl catechol acetonide in a yellow liquid state. (yield = 98%)
1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ (ppm) = 6.84 (dd, 1H, Ar-C5H, 7.8 Hz, 1.8 Hz), 6.81 (d, 1H, ArC3H, 1.8 Hz), 6.68 (d, 1H, ArC6H, 7.8 Hz), 4.48 (s, 2H, CH2Br), 1.70 (s, 6H, C(CH3)2). 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 ): δ (ppm) = 6.84 (dd, 1H, Ar-C5H, 7.8 Hz, 1.8 Hz), 6.81 (d, 1H, ArC3H, 1.8 Hz), 6.68 (d, 1H) , ArCH, 7.8 Hz), 4.48 (s, 2H, CH 2 Br), 1.70 (s, 6H, C(CH 3 ) 2 ).
3) N-메틸-3-(트리메톡시실릴)프로필아미노메틸 카테콜 아세토나이드(N-methyl-3-(trimethoxysilyl)propylaminomethylcatechol acetonide)의 합성 3) Synthesis of N-methyl-3-(trimethoxysilyl)propylaminomethyl catechol acetonide (N-methyl-3-(trimethoxysilyl)propylaminomethylcatechol acetonide)
4-브로모메틸 카테콜 아세토나이드(4-Bromomethyl catechol acetonide) (4.88 g, 20.07mmol), 3-메틸아미노프로필트리메톡시실란(3-Methyl Amino Propyl Trimethoxy-silane)(3.88 g, 20.07mmol), 트리에틸아민(Triethylamine)(2.03 g, 20.07mmol), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran)(200mL)를 500 mL, 1구 둥근 바닥 플라스크에 담고 상온에서 12시간 동안 반응시켰다. 반응 용액을 물과 메틸렌 클로라이드(methylene chloride)가 3:1로 혼합된 용매로 세척(washing) 후, 황산마그네슘(Magnesium sulfate)으로 잔류해 있는 물을 제거하였다. 남은 액상 물질의 용매를 증류를 통해 모두 제거하여 옅은 노란색의 액체 N-메틸-3-(트리메톡시실릴)프로필아미노메틸 카테콜 아세토나이드을 합성하였다. (수율(yield) = 47 %)4-Bromomethyl catechol acetonide (4.88 g, 20.07 mmol), 3-Methyl Amino Propyl Trimethoxy-silane (3.88 g, 20.07 mmol) , Triethylamine (2.03 g, 20.07 mmol) and tetrahydrofuran (Tetrahydrofuran) (200 mL) were placed in a 500 mL, 1-necked round bottom flask and reacted at room temperature for 12 hours. The reaction solution was washed with a solvent in which water and methylene chloride were mixed in a ratio of 3:1, and then residual water was removed with magnesium sulfate. The solvent of the remaining liquid material was removed through distillation to synthesize a pale yellow liquid N-methyl-3-(trimethoxysilyl)propylaminomethyl catechol acetonide. (yield = 47%)
(2) 변성 공중합체의 제조 (2) Preparation of modified copolymer
실시예 1: N-메틸-3-(트리메톡시실릴)프로필아미노메틸 카테콜 아세토나이드를 사용한 변성 공중합체Example 1: Modified copolymer using N-methyl-3-(trimethoxysilyl)propylaminomethyl catechol acetonide
상온에서 고압 반응기(내부 용량: 3 L, 스테인레스스틸)의 내부를 질소로 치환한 후, 시클로헥산 2 L, 스티렌 50mL, 1,3-부타디엔 178g 및 극성첨가제 에틸테트라퍼퓨릴에테르 1.8 mL(단량체 혼합물인 스티렌과 1,3-부타디엔 총량 100 중량부에 대해 0.34 중량부)를 가하였다. 그 후 반응기 온도를 50℃로 예열하고, n-부틸리튬 0.63mmol(단량체 혼합물인 스티렌과 1,3-부타디엔 총량 100 중량부에 대해 0.017 중량부)을 반응기 내에 주입한 후 단열 승온 중합 반응을 실시하였다. 최고온도에 도달 한후 30분간 반응시킨 다음, 상기 (1) 3)에서 획득한 변성제인 N-메틸-3-(트리메톡시실릴)프로필아미노메틸 카테콜 아세토나이드 1.26mmol(유기 금속 화합물 1몰 대비 2몰)을 투입하여 60분간 반응시켰다. 그 후 에탄올을 투입하여 반응을 정지시키고, 온도를 상온으로 낮춘 다음, 헥산 20 mL에 산화방지제 Songnox 1076 1phr(중합체 100 중량부 기준) 녹인 용액을 첨가하였다. 이어서, 용매 속에 분산되어 있는 공중합체 중합 용액을 용기에 옮긴 후, 진공 오븐 내에서 80℃로 가열하면서 15 시간 이상 건조시켜 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 얻었다.After replacing the inside of the high-pressure reactor (internal capacity: 3 L, stainless steel) with nitrogen at room temperature, 2 L of cyclohexane, 50 mL of styrene, 178 g of 1,3-butadiene and 1.8 mL of polar additive ethyl tetrafurfuryl ether (monomer mixture) 0.34 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of phosphorus styrene and 1,3-butadiene) was added. After that, the reactor temperature was preheated to 50° C., and 0.63 mmol of n-butyllithium (0.017 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of styrene and 1,3-butadiene, a monomer mixture) was injected into the reactor, and then an adiabatic polymerization reaction was carried out. did After reacting for 30 minutes after reaching the maximum temperature, 1.26 mmol of N-methyl-3-(trimethoxysilyl)propylaminomethyl catechol acetonide, which is the denaturant obtained in (1) 3) above (1 mole of organometallic compound) 2 mol) and reacted for 60 minutes. Thereafter, ethanol was added to stop the reaction, the temperature was lowered to room temperature, and then a solution in which 1 phr of the antioxidant Songnox 1076 (based on 100 parts by weight of polymer) was dissolved in 20 mL of hexane was added. Then, the copolymer polymerization solution dispersed in the solvent was transferred to a container and dried for 15 hours or longer while heating at 80° C. in a vacuum oven to obtain a modified styrene-butadiene copolymer.
비교예 1: 4-브로모메틸카테콜 아세토나이드를 사용한 변성 스티렌-부타디엔 공중합체Comparative Example 1: Modified styrene-butadiene copolymer using 4-bromomethylcatechol acetonide
상온에서 고압 반응기(내부 용량: 3 L, 스테인레스 스틸)의 내부를 질소로 치환한 후, 시클로헥산 2 L, 스티렌 50mL, 1,3-부타디엔 178 g 및 극성첨가제 에틸테트라퍼퓨릴에테르 1.8 mL (단량체 혼합물인 스티렌과 1,3-부타디엔 총량 100 중량부에 대해 0.34 중량부)를 가하였다. 그 후 반응기 온도를 50℃로 예열하고, n-부틸리튬 0.63mmol (단량체 혼합물인 스티렌과 1,3-부타디엔 총량 100 중량부에 대해 0.017 중량부)을 반응기 내에 주입한 후 단열 승온 중합 반응을 실시하였다. 최고온도에 도달 한후 30분간 반응시킨 다음, 4-브로모메틸카테콜 아세토나이드 1.26mmol(유기 금속 화합물 1몰 대비 2몰)을 투입하여 60분간 반응시켰다. 에탄올을 투입하여 반응을 정지시키고, 온도를 상온으로 낮춘 다음, 헥산 20 mL 에 산화방지제 Songnox 1076 1phr 녹인 용액을 첨가하였다. 이어서, 용매 속에 분산되어 있는 공중합체 중합 용액을 용기에 옮긴 후, 진공 오븐 내에서 80℃로 가열하면서 15 시간 이상 건조시켜 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 얻었다.After replacing the inside of the high-pressure reactor (internal capacity: 3 L, stainless steel) with nitrogen at room temperature, 2 L of cyclohexane, 50 mL of styrene, 178 g of 1,3-butadiene and 1.8 mL of polar additive ethyl tetrafurfuryl ether (monomer) 0.34 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of styrene and 1,3-butadiene as a mixture) was added. After that, the reactor temperature was preheated to 50° C., and 0.63 mmol of n-butyllithium (0.017 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of styrene and 1,3-butadiene, a monomer mixture) was injected into the reactor, and then an adiabatic polymerization reaction was carried out. did After reaching the maximum temperature, the reaction was carried out for 30 minutes, and then 1.26 mmol of 4-bromomethylcatechol acetonide (2 moles relative to 1 mole of the organometallic compound) was added and reacted for 60 minutes. Ethanol was added to stop the reaction, the temperature was lowered to room temperature, and then a solution in which 1 phr of the antioxidant Songnox 1076 was dissolved in 20 mL of hexane was added. Then, the copolymer polymerization solution dispersed in the solvent was transferred to a container and dried for 15 hours or longer while heating at 80° C. in a vacuum oven to obtain a modified styrene-butadiene copolymer.
비교예 2: 스티렌-부타디엔 공중합체Comparative Example 2: Styrene-butadiene copolymer
실시예 1에서 4-메틸 메틸아미노프로필트리메톡시실릴 카테콜 아세토나이드를 사용하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 스티렌-부타디엔 공중합체를 얻었다.A styrene-butadiene copolymer was obtained in the same manner as in Example 1, except that 4-methyl methylaminopropyltrimethoxysilyl catechol acetonide was not used in Example 1.
비교예 3: 카테콜 아세토나이드를 사용한 변성 스티렌-부타디엔 공중합체Comparative Example 3: Modified styrene-butadiene copolymer using catechol acetonide
비교예 1의 방법을 따라 제조한 4-브로모메틸카테콜 아세토나이드 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 200g을 시클로헥산 4L에 녹인 후, 트리클로로아세트산 1L를 첨가하여 6시간 동안 상온에서 교반시켰다. 물과 에탄올을 사용하여 트리클로로아세트산을 제거하고, 28% 암모니아수 10mL를 첨가하여 남아있는 산을 중화시킨 다음, 공중합체 중합 용액을 용기에 옮긴 후, 진공 오븐 내에서 80℃로 가열하면서 15 시간 이상 건조시켜 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 얻었다.200 g of 4-bromomethylcatechol acetonide-modified styrene-butadiene copolymer prepared according to the method of Comparative Example 1 was dissolved in 4 L of cyclohexane, and then 1 L of trichloroacetic acid was added and stirred at room temperature for 6 hours. Remove trichloroacetic acid using water and ethanol, add 10 mL of 28% aqueous ammonia to neutralize the remaining acid, transfer the copolymer polymerization solution to a container, and then heat to 80°C in a vacuum oven for at least 15 hours After drying, a modified styrene-butadiene copolymer was obtained.
2. 공중합체의 물성 확인2. Confirmation of the physical properties of the copolymer
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 공중합체의 물성을 하기와 같이 확인하여 하기 표 1에 나타내었다. The physical properties of the copolymers prepared in Examples and Comparative Examples were confirmed as follows, and are shown in Table 1 below.
1) 공중합체에 포함된 비닐 및 스티렌의 함량은 실시예와 비교예에서 얻은 각 공중합체를 소량 취하여 NMR용 CDCl3 용매에 재용해시킨 후 이를 소량씩 취해서 500MHz 1H NMR(장치명: Avance DRX400, 제조사: Bruker)로 분석하였다.1) The content of vinyl and styrene contained in the copolymer is determined by taking a small amount of each copolymer obtained in Examples and Comparative Examples, re-dissolving them in a CDCl3 solvent for NMR, and then taking them in small portions to obtain 500MHz 1H NMR (device name: Avance DRX400 , manufacturer). : Bruker).
2) 중량평균분자량(Mw, 단위:g/mol), 분자량 분포 (Mw/Mn, MwD)는 실시예와 비교예에서 얻은 각 공중합체에 대하여 GPC(Gel Permeation Chromatography, 장치명: PL-GPC220, 제조사: Agilent) 분석법으로 측정하였다.2) Weight average molecular weight (Mw, unit: g/mol) and molecular weight distribution (Mw/Mn, MwD) for each copolymer obtained in Examples and Comparative Examples, GPC (Gel Permeation Chromatography, Device Name: PL-GPC220, Manufacturer) : Agilent) analysis method.
3) 유리전이 온도는 시차주사 열량 측정(Differential Scanning Calorimetry, 장치명: Q200, TA Instruments 사) 분석법으로 측정하였다.3) The glass transition temperature was measured by a differential scanning calorimetry (Differential Scanning Calorimetry, device name: Q200, TA Instruments) analysis method.
4) 무니점도는 무니점도계(MV2000, Alpha Technology 사)를 사용하여 100 ℃에서 1분간의 예열시간을 거친 후 4분 동안 측정하여 분석하였다.4) Mooney viscosity was measured and analyzed using a Mooney viscometer (MV2000, Alpha Technology) after preheating at 100 °C for 1 minute and then measuring for 4 minutes.
5) Pyrolyzer GC/MS: 실시예와 비교예에서 얻은 각 공중합체에 대해 열 분해 가스 크로마토그래피 질량 분광계(Pyrolysis gas chromatography mass spectrometry, pyrolyzer: JCI-55, JAI社, GC/MS: Clarus 690T, perkinelmer사, Column: DB-5MS 30m, Perkin-elmer社) 분석법을 통해 평가하였다. 5) Pyrolyzer GC/MS: Pyrolysis gas chromatography mass spectrometry (pyrolyzer: JCI-55, JAI Corporation, GC/MS: Clarus 690T, perkinelmer) for each copolymer obtained in Examples and Comparative Examples Company, Column: DB-5MS 30m, Perkin-elmer) was evaluated through analysis.
6) Tan δ: 실시예와 비교예에서 얻은 각 공중합체를 인터널 타입의 믹서에 하기 표 2의 조성으로 투입하여 배합물을 제조하였다. 제조한 배합물을 압착하여 배합물의 tanδ를 측정할 수 있는 시편을 얻었다. 이와 같은 각 시편에 대하여 온도 스윕(temperature sweep) 테스트로 DMA(Dynamic Mechanical Analyzer, TA Instrument사)를 사용하여 10Hz, 0.2% 변형율의 조건에서 60℃의 tanδ를 측정하였다. 6) Tan δ: Each copolymer obtained in Examples and Comparative Examples was put into an internal-type mixer with the composition shown in Table 2 below to prepare a formulation. The prepared formulation was compressed to obtain a specimen capable of measuring the tan δ of the formulation. For each of these specimens, tan δ at 60° C. was measured under conditions of 10 Hz and 0.2% strain using DMA (Dynamic Mechanical Analyzer, TA Instrument) as a temperature sweep test.
* 비닐 함량 (중량%): 비닐 중량/(부타이엔 중량 + 비닐 중량) * 100* Vinyl content (wt%): Vinyl weight/(butyene weight + vinyl weight) * 100
실시예 1 및 비교예 1의 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 제조 시 비교예 2와 대비하여 분자량이 증가하였다. 보다 상세하게, 비교예 1에서는 Pyrolyzer GC/MS를 통해 12.744와 12.739초에서 카테콜 아세토나이드(catechol acetonide) 유도체인 5-포르밀-2,2-디메틸-1,3-벤조디옥솔(5-Formyl-2,2-Dimethyl-1,3-Benzodioxole) 구조를 확인하여 중합체 말단에 변성 구조가 첨가되었음을 확인하였고, 실시예 1에서는 10.55초에서 3-메틸아미노프로필트리메톡시실란(3-Methyl Amino Propyl Trimethoxy-silane) 구조가 말단에 첨가되었음을 확인하였다. 한편, 비교예 3은 비교예 1의 중합체를 사용하여 탈보호(deprotection) 과정을 거쳐 제조한 결과, Pyrolyzer GC/MS에서 아세토나이드(acetonide) 유도체의 구조가 검출 되지 않아, 모든 아세토나이드기가 카테콜(catechol)기로 전환된 것으로 예상할 수 있다. When preparing the modified styrene-butadiene copolymer of Example 1 and Comparative Example 1, the molecular weight was increased compared to Comparative Example 2. More specifically, in Comparative Example 1, 5-formyl-2,2-dimethyl-1,3-benzodioxole (5-formyl-2,2-dimethyl-1,3-benzodioxole (5- Formyl-2,2-Dimethyl-1,3-Benzodioxole) structure was confirmed to confirm that a modified structure was added to the end of the polymer, and in Example 1, 3-methylaminopropyltrimethoxysilane (3-Methyl Amino Propyl Trimethoxy-silane) structure was confirmed to be added at the end. On the other hand, Comparative Example 3 was prepared through a deprotection process using the polymer of Comparative Example 1, and as a result, the structure of the acetonide derivative was not detected in Pyrolyzer GC/MS, so that all acetonide groups were catechol. (catechol) group can be expected to be converted .
3. 타이어 트레드 조성물의 제조 및 물성 확인3. Preparation of tire tread composition and confirmation of physical properties
(1) 타이어 트레드 조성물의 제조(1) Preparation of tire tread composition
상기 각 실시예 및 비교예에서 획득된 중합체를 하기 표 2에 나타낸 조성으로 배합 및 혼련하여 타이어 트레드 고무 조성물을 제조하였다. A tire tread rubber composition was prepared by mixing and kneading the polymers obtained in each of Examples and Comparative Examples in the composition shown in Table 2 below.
보다 상세하게는, 반바리 믹서 에 상기 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 스티렌-부타디엔 공중합체(SSBR)를 투입하고, 배합재로써 실리카, 카본블랙, 노화방지제, 연화제, 가교조제, 가교제 등을 하기 표 2와 같은 함량으로 투입하고 배합하여 타이어 트레드 고무 조성물을 얻었으며, 이들을 각각 실험예 1, 그리고 비교실험예 1 내지 3이라 하고, 하기 표 2의 SSBR 항목은 실시예 1, 그리고 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 스티렌-부타디엔 공중합체(SSBR) 중 상응하는 공중합체를 투입한 것을 의미한다.More specifically, the styrene-butadiene copolymer (SSBR) prepared in each of the above Examples and Comparative Examples was put into a Banbari mixer, and silica, carbon black, anti-aging agent, softener, cross-linking aid, cross-linking agent, etc. were added as a compounding material. A tire tread rubber composition was obtained by adding and blending in the same amount as shown in Table 2 below, which are referred to as Experimental Example 1 and Comparative Experimental Examples 1 to 3, respectively, and SSBR items in Table 2 below are Example 1, and Comparative Examples It means that the corresponding copolymer among the styrene-butadiene copolymers (SSBR) prepared in steps 1 to 3 is added.
(2) 타이어 트레드의 물성 확인-손실계수 (2) Checking the physical properties of the tire tread - loss factor
상기 3.(1)에서 획득된 각 타이어 트레드 조성물을 이용하여 타이어 트레드 시료를 제조하였으며, 이들을 각각 이용하여 60℃ 온도에서 손실계수인 탄젠트 델타(tan delta) 값을 측정하여 표 3에 나타내었다. A tire tread sample was prepared using each tire tread composition obtained in 3.(1) above, and a tan delta value, which is a loss coefficient, was measured using each of them at a temperature of 60° C., and is shown in Table 3.
상기 표 3을 참고하면, 실험예 1의 시료는 60℃ 온도에서의 손실계수인 탄젠트 델타(tan delta) 값이 변성되지 않은 비교실험예들의 시료에 비하여 낮은 것을 확인할 수 있었으며, 이와 같이 손실 계수가 감소한 다는 것은 동적 변형에 의해 실리카와 고무 사이가 쉽게 분리가 되지 않는 것을 의미하므로, 결과적으로 타이어가 회전 시 낮은 에너지를 발산하게 되고 이로 인한 열손실을 감소시켜 회전 저항을 낮추고 결과적으로 연비 성능을 향상시키는 작용을 할 수 있다. 특히 실시예 1의 변성 공중합체를 이용한 실험예 1의 경우 현저한 탄젠트 델타(tan delta) 값의 저하를 획득할 수 있었다. Referring to Table 3, it was confirmed that the sample of Experimental Example 1 had a lower tan delta value, which is a loss coefficient at a temperature of 60°C, compared to the samples of Comparative Experimental Examples that were not denatured. As such, the loss coefficient was Reduction means that silica and rubber are not easily separated due to dynamic deformation. As a result, the tire emits low energy during rotation, which reduces heat loss, lowering rolling resistance, and consequently improving fuel efficiency. can act to make In particular, in the case of Experimental Example 1 using the modified copolymer of Example 1, it was possible to obtain a significant decrease in the tan delta value.
비교예 3의 변성 공중합체를 이용한 비교실험예 3의 경우에는 60℃에서의 tan δ 값이 전체적으로 높았으며, 이는 카테콜(Catechol) 구조의 강한 친전자 특성으로 인해 분자들끼리의 재응집으로 오히려 배합에서의 실리카 분산성에 큰 영향을 주지 못함을 확인하였다. 실시예 1의 결과에서는 기존의 Catechol acetonide 구조에 3급 아미노기와 알콕시실릴기를 추가하여 대비 60℃에서의 tanδ를 더욱 낮출 수 있었다.In the case of Comparative Experimental Example 3 using the modified copolymer of Comparative Example 3, the overall tan δ value at 60° C. was high, which was rather due to re-aggregation of molecules due to the strong electrophilic properties of the catechol structure. It was confirmed that there was no significant influence on the silica dispersibility in the formulation. In the results of Example 1, it was possible to further lower tan δ at 60° C. compared to adding a tertiary amino group and an alkoxysilyl group to the existing Catechol acetonide structure.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention described in the claims. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.
Claims (9)
방향족 비닐계 단량체 유래 반복 단위를 포함하는 공중합체이며,
상기 공중합체의 복수의말단 중 적어도 일 말단이 하기 화학식 1로 표시되는 관능기를 포함하는 공중합체:
[화학식 1]
(상기 화학식 1에서,
R1, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 히드록시(C1-C20)알킬기 및 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 N, S, O 및 Si로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
R6, R7 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
R8은 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬렌기로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나, N과 Si 사이의 단결합 또는 2가의 연결기를 형성할 수 있으며;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
m은 0, 1 또는 2이며; 및
반복 단위 n은 1 내지 50의 정수이다).
a repeating unit derived from a conjugated diene-based monomer; and
It is a copolymer comprising a repeating unit derived from an aromatic vinylic monomer,
A copolymer in which at least one terminal among a plurality of ends of the copolymer includes a functional group represented by the following formula (1):
[Formula 1]
(In Formula 1,
R 1 , R 2 and R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxy group, a hydroxy (C 1 -C 20 )alkyl group, and a straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl group;
R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of N, S, O and Si;
R 6 , R 7 and R 9 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl groups;
R 8 may be selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkylene groups, or may form a single bond or a divalent linking group between N and Si;
R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups;
m is 0, 1 or 2; and
repeating unit n is an integer from 1 to 50).
R1, R2, R5 및 R6가 각각 수소이며;
R7 및 R9는 직쇄형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
R8은 N과 Si 사이의 단결합 또는 -(CH2)l-의 탄화수소기이고, 이때 상기 l은 1 내지 10의 정수이며;
R3 및 R4는 각각 산소이고;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
m은 0이며; 및
n은 1 또는 2인, 공중합체.
According to claim 1, wherein Formula 1 is,
R 1 , R 2 , R 5 and R 6 are each hydrogen;
R 7 and R 9 are selected from the group consisting of a straight-chain (C 1 -C 20 )alkyl group;
R 8 is a single bond between N and Si or a hydrocarbon group of -(CH 2 ) l -, wherein l is an integer of 1 to 10;
R 3 and R 4 are each oxygen;
R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups;
m is 0; and
n is 1 or 2;
[화학식 2]
The copolymer according to claim 1, wherein Chemical Formula 1 is represented by Chemical Formula 2 below.
[Formula 2]
(b) 상기 활성 중합체와 하기 화학식 3의 변성제를 반응시키는 단계를 포함하는 공중합체의 제조방법:
[화학식 3]
(상기 화학식 3에서,
R1, R2 및 R5는 각각 독립적으로 수소, 히드록시기, 히드록시(C1-C20)알킬기 및 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
R3 및 R4 는 각각 독립적으로 N, S, O 및 Si로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
R6, R7 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
R8은 직쇄형 및 분지형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되거나, N과 Si 사이의 단결합 또는 2가의 연결기를 형성할 수 있으며;
R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며;
m'은 0, 1, 2 또는 3이며; 및
반복 단위 n은 1 내지 50의 정수이다).
(a) preparing an active polymer by polymerizing an aromatic vinyl-based monomer and a conjugated diene-based monomer in a hydrocarbon solvent in the presence of an organic alkali metal compound; and
(b) a method for preparing a copolymer comprising the step of reacting the active polymer with a modifier of formula (3):
[Formula 3]
(In Formula 3,
R 1 , R 2 and R 5 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, a hydroxy group, a hydroxy (C 1 -C 20 )alkyl group, and a straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl group;
R 3 and R 4 are each independently selected from the group consisting of N, S, O and Si;
R 6 , R 7 and R 9 are each independently selected from the group consisting of hydrogen, straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl groups;
R 8 may be selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 20 )alkyl groups, or may form a single bond or a divalent linking group between N and Si;
R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups;
m' is 0, 1, 2 or 3; and
repeating unit n is an integer from 1 to 50).
R1, R2, R5 및 R6가 각각 수소이며; R7 및 R9는 직쇄형(C1-C20)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; R8은 N과 Si 사이의 단결합 또는 -(CH2)l-의 탄화수소기이고, 이때 상기 l은 1 내지 10의 정수이며; R3 및 R4는 각각 산소이고; R10 및 R11은 각각 독립적으로 직쇄형 및 분지형(C1-C5)알킬기로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; m은 0이며; 및 n은 1 또는 2인, 공중합체.
5. The method of claim 4, wherein Formula 3 is,
R 1 , R 2 , R 5 and R 6 are each hydrogen; R 7 and R 9 are selected from the group consisting of a straight-chain (C 1 -C 20 )alkyl group; R 8 is a single bond between N and Si or a hydrocarbon group of -(CH 2 ) l -, wherein l is an integer of 1 to 10; R 3 and R 4 are each oxygen; R 10 and R 11 are each independently selected from the group consisting of straight-chain and branched (C 1 -C 5 )alkyl groups; m is 0; and n is 1 or 2.
A rubber composition comprising the copolymer of any one of claims 1 to 3 and an inorganic filler.
The rubber composition according to claim 6, wherein the inorganic filler is at least one selected from the group consisting of silica, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, aluminum silicate and hydrated aluminum silicate.
A molded article prepared from the rubber composition of claim 7.
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